人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率

【目的】小麦穗发芽是影响小麦产量和品质的重要限制因子。具有抗穗发芽特性的人工合成小麦和地方品种是改良栽培小麦穗发芽抗性的重要基因资源,通过分子标记辅助选择转育人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性位点,评价人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽小麦新材料,为小麦穗发芽抗性育种提供数据和材料支撑。【方法】以抗穗发芽的人工合成小麦SYN792和四川地方品种涪陵须须麦为母本,以穗发芽敏感品种川麦45为轮回亲本,构建2个BC1F7群体。2017年,通过整穗发芽鉴定法对2个BC1F7群体的1796个株系进行穗发芽表型初筛,然后利用与人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点连锁的SSR标记进行分子标记选择,筛选出整穗发芽率(SGR)小于35%且携带PHS-3D和PHS-A1抗性位点的导入系;2018和2019年,连续2年对初筛选出的PHS-3D和PHS-A1导入系进行整穗发芽率、籽粒发芽指数(GI)和产量相关性状鉴定,其中,籽粒发芽鉴定试验设置25℃(18GI)和32℃(19GI)2个发芽温度。通过不同环境下穗发芽抗性和产量数据,分析人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽且综合性状好的优异导入系。【结果】经整穗发芽鉴定初筛,从1796个衍生系中筛选出SGR值小于35%的株系537个;进一步对筛选出的537个株系进行分子标记检测,发现332个株系导入了人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点,包括人工合成小麦导入系73个、地方品种导入系259个;地方品种PHS-A1导入系的频率显著高于人工合成小麦PHS-3D导入系。2018和2019年通过对332个穗发芽抗性位点导入系穗发芽鉴定发现,不同年份穗发芽指标间均呈极显著正相关,穗发芽指标SGR和GI表现出相对稳定的趋势;人工合成小麦和地方品种导入系的3个穗发芽指标平均值(18GI、18SGR和19SGR)均低于23%,差异不显著。不同发芽温度导入系的GI值差异较大,发芽温度32℃时,人工合成小麦PHS-3D导入系的GI值显著低于地方品种PHS-A1导入系。筛选出的73个人工合成小麦导入系中,红粒系穗发芽指标值均低于白粒系;其中,11个人工合成小麦白粒导入系表现中抗及以上抗性水平,14个红粒导入系在不同发芽温度时GI值均低于35%。2年产量相关性状分析表明,人工合成小麦PHS-3D导入系的千粒重显著高于地方品种PHS-A1导入系,而穗粒数显著小于地方品种PHS-A1导入系。根据产量性状和穗发芽抗性表现,筛选出23个穗发芽抗性和综合性状均较好的优异导入系,包括7个人工合成小麦PHS-3D导入系、16个地方品种PHS-A1导入系;人工合成小麦优异导入系中有2个白粒导入系穗发芽抗性中抗以上,2个红粒导入系不同发芽温度的GI值均低于25%,表现出稳定的穗发芽抗性。【结论】人工合成小麦和地方品种均可用于改良现代栽培小麦穗发芽抗性,利用地方品种进行穗发芽抗性育种改良效率优于人工合成小麦;但人工合成小麦导入系的穗发芽抗性的稳定性优于地方品种导入系。筛选出的23个人工合成小麦和地方品种导入系是小麦穗发芽抗性和产量性状改良的重要基因资源;特别是人工合成小麦白粒导入系(编号5201)和红粒导入系(编号5497和5505)是非常有育种利用价值的穗发芽抗性育种亲本材料。

植物生长抑制剂对藜麦农艺性状和穗发芽抗性的影响

藜麦果实无休眠或休眠期短,成熟时云南大部分地区雨季尚未结束,在收获前期遇持续阴雨天气或在潮湿环境下易发生穗发芽现象,严重影响藜麦产量和品质。为有效地控制藜麦穗发芽,以易穗发芽的WQ6为试验材料,分别在初花期(B1)、盛花期(B2)、灌浆期(B3)分别喷施脱落酸(A1)、矮壮素(A2)、多效唑(A3)3种植物生长抑制剂,以喷施清水为对照(CK),探究不同时期喷施不同植物生长抑制剂对藜麦农艺性状和穗发芽抗性的影响。通过隶属函数法综合分析穗发芽抗性,发现各处理的穗发芽隶属函数均值都小于CK,盛花期喷施矮壮素处理的隶属函数平均值最低,穗发芽抗性最强。各处理均能极显著矮化植株、影响产量,A2B1、A1B2、A2B2、A3B2、A1B3处理能够显著增加产量。综合藜麦产量、穗发芽抗性以及抑制剂成本,在盛花期喷施200mg·L^(-1)多效唑效果最好。

小麦穗发芽抗性机制及抗性育种研究

穗发芽是禾本科作物籽粒在收获前于高湿环境下的穗上发芽现象,严重影响小麦的产量与品质。种子休眠水平是影响小麦穗发芽抗性的主要因素,而往往驯化作物的籽粒休眠水平低,导致栽培小麦普遍比其野生祖先种更易发生穗发芽。小麦穗发芽主要受外源环境(温度、湿度等)和内源植物激素(GAs、ABA、IAA、MeJA、ET、BR)的调控。已鉴定出一批抗穗发芽材料,并克隆了一系列调控穗发芽抗性的关键基因,如PM19、MFT、MKK3、Myb10-3D、Vp1等。通过分子标记辅助选择、人工合成小麦和CRISPR/Cas9基因编辑技术,已成功创制了抗穗发芽小麦新材料。本文综述了小麦穗发芽抗性的遗传机制及抗性育种研究的最新进展,未来仍需继续挖掘关键穗发芽抗性基因,以生物育种的方法培育抗穗发芽小麦新品种。

种子萌发与穗发芽

种子的萌发是指种子胚由相对静止状态变为活跃状态,并逐步生长成幼苗的过程。正常的种子萌发是作物健康生长和高产的基础,标志着种子内部生物化学的变化和生长物质合成的开始,为植物提供所需的能量和养分。种子萌发的过程复杂而精密,受基因、种子贮藏物质代谢.

水稻穗发芽遗传与分子机制的研究进展

水稻穗发芽是指水稻在收获前如遇连续阴雨天气或高温潮湿环境条件,往往诱导籽粒在穗上发芽的现象。穗发芽导致水稻种子活力和品质下降,给水稻生产带来巨大损失。对于水稻抗穗发芽育种,除了扩大对穗发芽突变体的筛选外,挖掘和克隆一些控制穗发芽的新基因并解析其穗发芽调控机制,是水稻抗穗发芽育种的重要工作。穗发芽过程中,水稻的淀粉酶活性增强、可溶性糖含量升高,且水稻籽粒中植物激素ABA和GA的含量及二者的平衡是决定穗发芽的关键。OsVP1等一些关键基因通过ABA信号通路控制水稻种子休眠,GA则可通过激活GA相关转录因子等调控种子萌发。本文从水稻穗发芽的内部生理因素及环境条件、水稻穗发芽的遗传机制、水稻穗发芽的分子机制和水稻穗发芽的性状改良这四方面进行综述,以期阐述穗发芽的整体调控机制,为水稻抗穗发芽品种的选育提供理论参考。

中国小麦抗穗发芽种质资源的挖掘与创制

根据4年的表型数据,并结合实验室开发和鉴定的13个分子标记,对我国833份小麦种质资源(主要包括278份小麦微核心种质、124份地方品种和431份现代推广品种及高代品系)穗发芽抗性进行鉴定。结果表明,13个分子标记鉴定的抗/感穗发芽等位类型间相对发芽指数(RGI)差异均达显著或极显著水平,其中TaMFT-222和TaMFT-194标记鉴定的差异最大,U值分别为14.98^(**)和11.30^(**),均达极显著水平,其优异等位类型可以降低相对发芽指数0.21~0.32。其次是Sdr2A、CNGC2AL、Vp1-b2、TaMKK3-A、PM19、CAPS-2AL、A17-19和EX06323标记,其等位类型间穗发芽抗性差异也均达极显著水平;Qsd1和Barc321标记也能显著区分穗发芽抗性。共计鉴定出63份穗发芽抗性较好的种质资源,其中达到抗的有41份,多为红皮品种和地方品种;达到中抗的有22份,白皮半冬性居多。利用分子标记辅助选择,并结合杂交聚合,创制出12份穗发芽抗性水平达到中抗和抗的种质资源,至少携带3个抗穗发芽基因/位点。该结果为抗穗发芽新品种选育提供重要遗传资源。

不同晚粳稻品种类型间穗发芽比较与影响因素分析

为了明确不同类型的粳稻品种穗发芽的表现特点,本文在温室中采用喷雾控温措施,诱发灌浆乳熟期的水稻穗发芽,结果表明,23个粳型杂交稻和常规粳稻的穗发芽情况在品种(系)间有明显的差异,大部分品种(系)的穗发芽率较低,但也存在穗发芽率较高的品种(系)。不同生育期类型品种(系)的平均穗发芽率存在显著差异,迟熟籼粳杂交稻品种的穗发芽率最低,平均值为0.171%,早熟籼粳杂交稻品种的穗发芽率最高,平均值为19.408%。对同一类型不同穗位的穗发芽率进行调查,结果显示,大多品种(系)上部穗位的穗发芽率大于中部穗位,中部穗位大于下部穗位;迟熟籼粳杂交稻穗发芽率与常规晚粳稻和粳粳交杂交稻的差异未达显著水平,说明穗发芽与籼粳成分和穗型大小无关。研究结果可为抗穗发芽品种的筛选提供依据。

我国科研人员成功培育抗穗发芽红麦

近日,中国农业科学院深圳农业基因组研究所绿色轻简超级稻遗传解析与分子育种创新团队联合作科所等单位成功创制抗穗发芽红麦,成功将白粒小麦转化为红粒小麦,并提高了小麦的抗穗发芽能力。该方法可实现优良白麦品种的快速改良,有助于快速培育具有穗发芽抗性的红麦新品种。

RSP抗穗发芽基因育种利用研究初报

利用农艺性状优良、优质的红粒小麦品种绵阳11以及2个白粒、极易穗发芽(常年穗发芽在5 0 %以上)的小麦品系YY2和88 16 4 3与穗发芽抗性来源于长休眠节节麦的人工合成小麦RSP杂交,对3个组合的F2 单株和F3 株系的穗发芽测试,从RSP×绵阳11中筛选出15个与RSP相当的纯合抗性株系和2 7份穗发芽接近0的F3 单株;从RSP×YY2和RSP×88 16 4 3组合中共筛选出5份穗发芽在7%以下的白粒株系。这些株系或单株相对于RSP的高秆、晚熟等不利性状已有较大改良,为节节麦抗穗发芽基因向优质或白粒小麦转移研制出了更容易利用的中间材料。

不同穗发芽抗性的小麦胚对ABA敏感性的蛋白质组分析

小麦穗发芽抗性与其对ABA敏感性关系密切,一般认为ABA处理可导致基因表达的变化。本研究用不同穗发芽抗性的白皮小麦品种陕优225和冀麦1号扬花后25d的胚在±1μmol·L-1ABA溶液中处理48h后进行蛋白质组分析。依据蛋白质表达差异,鉴定出胚发育后期丰度蛋白(LEA)、NAD(P)H脱氢酶亚基Ⅰ、盐胁迫后根表达的蛋白(RS1)、生长素反应蛋白IAA19、20kD的钙结合蛋白、钙调蛋白(CAM)和肌动蛋白解聚因(ADF5)等7个蛋白点。按其表达丰度大致可分为两类:第一类如LEA,在抗穗发芽品种中的表达量比易穗发芽品种高,ABA处理可以增加其表达。第二类如生长素反应蛋白IAA19,在易穗发芽品种中的表达量较高,ABA处理可以降低其表达。抗穗发芽品种的离体胚更易于表达ABA上调的蛋白质。这些结果为了解抗穗发芽基因表达蛋白质的过程提供了实验数据。

基于高光谱成像技术的不同类型小麦穗发芽籽粒识别

【目的】为探索利用高光谱成像技术识别不同类型小麦籽粒穗发芽的方法。【方法】利用涵盖不同倍性、籽粒颜色的3个品种的小麦种子为材料,通过设置穗发芽对比实验,利用PCA、ICA、HSV 3种变换方法分析不同类型小麦正常和穗发芽籽粒光谱、图像的差异,提取图像和光谱特征参数,并运用最小距离法、最大似然法和支持向量机3种不同识别算法进行小麦籽粒发芽识别。【结果】穗发芽与否会在其光谱特性上有所反映,发芽籽粒的光谱反射率在品种间差异较小,发芽与未发芽籽粒的光谱反射率存在较大差异,大于未发生穗发芽品种之间的差异,特别是在光谱波段470~620 nm之间。通过光谱差异分析并结合支持向量机算法进行识别得到的结果精度更高,识别精度达到96%。【结论】研究结果可为种子质量监控、自动筛选识别等提供技术支持。

抗穗发芽合成小麦改良品系的筛选及遗传分析

【目的】筛选抗穗发芽的合成小麦改良品系,分析潜在的相关基因。【方法】6个环境(2年3点)下,对129份改良品系进行了穗发芽抗性的鉴定及评价,同时利用Wheat 55K芯片数据进行全基因组关联分析。【结果】获得3份抗穗发芽品系(发芽指数GI≤0.2;发芽率GR≤40%),分别为红皮品系L2741、L3006、白皮品系L586,得到3个显著关联的位点。【结论】获得的3份抗穗发芽品系可在培育抗穗发芽品种中利用,获得46个可能的候选基因,其中4个基因主要与植物抗逆性有关,推测其在小麦抗穗发芽中起重要作用。

调控穗发芽的植物内源激素研究进展

在作物生产中,穗发芽(PHS)是一种十分普遍的现象,该现象主要受作物生长外部环境和种子自身生理生化特性的影响,严重影响了作物的产量、品质和食用价值。随着世界人口增长和自然灾害日益频繁发生,粮食产量需要稳步提高以提升人民适应风险的能力。本文主要对赤霉素(GA)、乙烯(ETH)、油菜素甾醇(BR)、脱落酸(ABA)、生长素(IAA)、茉莉酸(JA)和细胞分裂素(CTK)等植物内源激素在调控种子PHS过程中的作用及不同激素之间相互作用的最新研究进展进行综述,旨在理解在调控作物PHS过程中,植物激素间相互作用的分子机制,以期为作物抗PHS育种和预防PHS提供新思路。

穗发芽率和发芽指数及STS标记Vp1B3在小麦抗穗发芽基因型鉴定中的应用

为了筛选抗穗发芽品种(系)并了解其抗性机制,应用整穗发芽法和发芽指数鉴定了33份小麦新品系的穗发芽抗性,以红粒品种京冬8号和京9428作为抗穗发芽对照,以白粒品种京411和中优9507作为感穗发芽对照,并结合共显性STS标记Vp1B3对其基因型进行检测。结果表明,穗发芽率(SGR)低于抗性对照京冬8号和京9428平均值(12.7%)的品系有7份,其中2份为白粒,5份为红粒。只有一份红粒品系CA0489的发芽指数(GI)低于抗性对照平均值(13.2%)。应用STS标记Vp1B3共扩增出849 bp、569 bp和652 bp三种片段,分别属于抗穗发芽基因型Vp1Bb和Vp1Bc及感穗发芽基因型Vp1Ba,其频率分别为3%、18%和79%。红粒抗穗发芽品系CA0489属于Vp1Bb基因型和红色种皮休眠型,CA0481属于Vp1Bc抗穗发芽基因型,另外三份红粒抗穗发芽品系的抗性机理还需要进一步研究;白粒抗穗发芽品系CA0509和CA0459的抗性为非Vp1B3类型,其抗性可能与穗部性状和颖壳抑制物有关。

宁夏小麦种质资源穗发芽抗性鉴定及相关分子标记的有效性评价

为鉴定宁夏小麦种质资源的穗发芽抗性,挖掘抗穗发芽种质资源,筛选在宁夏引黄灌区生态条件下能有效鉴定小麦穗发芽抗性的分子标记,测定了185份小麦种质资源的发芽指数(GI)、整穗发芽率(SGR),并利用5个穗发芽相关基因的KASP标记Phs646、Phs666、TaMFT、TaDAR和Vp1B1-83对参试材料进行基因型检测,分析基因型与GI、SGR的相关性。结果表明,185份小麦种质资源GI的平均值为16.74%,变化范围为0~77.35%;SGR的平均值为40.84%,变化范围为0.38%~99.69%;有22份种质资源的GI和SGR均小于5.0%。5个分子标记中,Phs646、Phs666与GI和SGR显著相关(P<0.01);标记Vp1B1-83与SGR显著相关(P<0.01),与GI相关不显著;TaMFT和TaDAR与GI和SGR都不相关。表明分子标记Phs646、Phs666可用于宁夏引黄灌区小麦穗发芽抗性的分子鉴定,Vp1B1-83可作为该地区穗发芽抗性分子鉴定的参考标记。结合穗发芽抗性鉴定和分子标记检测结果,筛选出冬育5号、宁春22号、Bastian、毛火麦、山麦、白秃子、白毛火麦共7份具有低GI和SGR值及较高穗发芽抗性基因频率的种质资源。

湖北小麦材料穗发芽抗性评价

通过整穗发芽和子粒发芽试验评价了湖北省85个材料的穗发芽抗性。结果表明,品种间穗发芽抗性差异显著,红粒小麦材料休眠性和抗穗发芽性较强,而白粒小麦抗穗发芽种质匮乏;根据穗发芽率和子粒发芽指数两个指标聚类分析,供试材料可以分为5类,13份材料具有较强的休眠性和抗穗发芽能力;湖北省大面积推广和新选育出的品种中,郑麦9023对穗发芽高度敏感,湖北省选育的品种大多有较好的抗性,其中鄂麦352表现优异。研究结果为湖北小麦生产品种布局和抗穗发芽品种改良提供了重要依据。

我国科学家找到调控水稻小麦穗发芽的“开关”

中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队和高彩霞团队日前找到了调控水稻、小麦穗发芽问题的两个“开关”,包括负调控种子休眠的关键基因SD6和正调控种子休眠的基因ICE2。研究者认为两个基因“双剑合璧”,有望为因种子穗发芽导致的大规模农业损失提供解决方法。该成果12月6日在线发表于《自然—遗传学》杂志。

穗发芽抗性相关分子标记在优质小麦中的有效性验证

利用42个优质小麦(Triticum aestivum)品种籽粒发芽指数对6个小麦穗发芽抗性相关基因[Tamyb10、TaDFR(Dihydroflavone reductase)、TaVp-1(Viviparous‑1)、TaSdr(Seed dormancy)、TaPM19-A1(Plasma membrane 19‑A1)、TaMFT(Mother of FT and TFL1)]的分子标记的有效性进行验证,以期为抗穗发芽优质小麦品种的筛选及选育奠定基础。结果表明,小麦穗发芽抗性相关基因Tamyb10、TaDFR、TaVp-1、TaSdr、TaPM19-A1、TaMFT在42个优质小麦品种中均检测到2种等位变异,优异等位基因所占比例存在明显差异,介于4.8%~78.6%,未发现TaVp-1的TaVp-1 Bb基因型。等位基因类型与籽粒发芽指数相关性分析表明,标记myb10D、MFT-3A和MFT-A2与优质小麦穗发芽抗性极显著相关,而标记DFR-B、Vp1B3、Sdr2A、Sdr2B和PM19-A1与优质小麦穗发芽抗性相关性不显著。STS标记myb10D可用于红粒优质小麦的穗发芽抗性筛选,CAPS标记MFT-3A和STS标记MFT-A2可用于白粒优质小麦的穗发芽抗性筛选,TaMFT可能在优质小麦抗穗发芽机制中发挥着重要作用。

河北省小麦种质穗发芽抗性鉴定

穗发芽严重影响小麦产量和加工品质,河北省也经常遭受小麦穗发芽为害,开展小麦种质穗发芽抗性鉴定、筛选抗穗发芽材料对河北省小麦生产具有重要的指导意义和应用价值。选择河北省小麦主栽品种和优异种质共计193份材料,在干旱和正常灌溉2种环境下种植,利用发芽指数对参试小麦品种的穗发芽抗性进行评价。结果表明:小麦材料在干旱环境与正常灌溉环境下的发芽指数相关系数为0.78,说明在不同的生长环境下小麦品种的穗发芽抗性较为稳定。2种生长环境下不同发芽指数的小麦材料数量均呈现正态分布规律,这与小麦穗发芽抗性是由多基因控制的数量性状相吻合。河北省小麦种质穗发芽抗性普遍较弱,仅有3份材料在干旱生长环境下达到高抗穗发芽水平,而高感穗发芽材料所占比例高达39.38%(干旱)和64.25%(正常灌溉)。河北省抗穗发芽小麦品种缺乏,抗穗发芽小麦育种工作亟需加强。

小麦穗发芽鉴定方法的比较与分析

穗发芽是小麦生产中较为严重的灾害之一,易受外界环境的影响,一旦发生不仅会影响产量,而且还会严重影响小麦的品质,因此培育抗穗发芽的小麦品种至关重要。该研究通过对65份小麦材料进行穗发芽试验,比较分析了小麦穗发芽抗性的常用方法,即籽粒发芽法、整穗发芽法和大田穗发芽法。结果表明:三种方法之间均呈极显著正相关关系,而且在1%水平上均存在极显著性差异;发芽指数与籽粒发芽率的相关性最高,能够更好地评价小麦材料的休眠特性,但不能得出材料的总体抗性;籽粒发芽法和整穗发芽法的变异程度相对较小,试验条件更易控制,可作为小麦穗发芽抗性评价的简易方法;多数参试材料的平均籽粒发芽率>平均整穗发芽率>平均大田穗发芽率,且三者差异程度均达到极显著水平,这说明麦穗的外部结构及外部环境对小麦穗发芽的影响显著。因此,籽粒发芽法可以从休眠性方面,对小麦种子资源进行初步筛选;整穗发芽法可用于穗发芽抗性的进一步鉴定和验证,评价小麦材料穗发芽的综合抗性;大田穗发芽法较易受自然条件的影响、变异程度较大,其结果可以作为室内发芽试验的参考数据。